光的偏振
光的偏振现象原理
光的偏振现象原理
光的偏振现象是指光在传播过程中，电矢量的振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
这个平面称为光的振动方向或偏振方向。
光的偏振现象可以通过介质对光波进行滤波或反射来实现。
光波的振动方向与电场矢量方向之间有着固定的关系，这种关系可以用偏振方程来描述。
光的偏振状态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
线偏振是指光波振动方向沿着特定的直线进行。
线偏振可以通过通过透明介质上的透明膜或光栅来实现，这样只有特定方向的电场分量才能透过，并达到偏振的效果。
圆偏振是指光波振动方向沿着特定的圆弧进行。
圆偏振可以通过将线偏振光经过适当的光学元件（如1/4波片或1/2波片）进行转换而实现。
椭圆偏振是指光波振动方向在一个特定的平面内进行，且振动方向沿着椭圆轨迹变化。
椭圆偏振可以通过将圆偏振光或线偏振光经过适当的光学元件进行转换而实现。
光的偏振现象具有重要的应用价值。
例如，在光学显微镜中，通过选择特定偏振方向的光来观察样品，可以获得更清晰的图像。
在液晶显示器中，利用液晶分子的偏振特性，可以控制光的透射和反射，实现图像的显示。
总之，光的偏振现象是光在传播过程中，电场矢量振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
通过透明介质的滤波或光学元件的转换，可以实现光的偏振效果。
光的偏振和光强的关系
光的偏振和光强的关系光是一种波动性质的电磁辐射，它能够传播并携带能量。
在光学中，我们经常会遇到光的偏振和光强这两个概念，它们之间存在一定的关系。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场矢量在空间中的振动方向。
根据振动方向的不同，可以分为无偏振光、线偏振光和圆偏振光。
1. 无偏振光：无偏振光是指光波中电场矢量在空间中振动方向随机分布的光。
这种光的电场矢量在空间中无规律地振动，不具有偏振特性。
2. 线偏振光：线偏振光是指光波中电场矢量在空间中只沿着一条直线振动的光。
这种光的电场矢量在空间中具有明确的振动方向，可以分为水平偏振光和垂直偏振光。
3. 圆偏振光：圆偏振光是指光波中电场矢量在空间中以圆轨迹进行旋转振动的光。
这种光的电场矢量在空间中既有水平分量，又有垂直分量，并且两者的振幅和相位差是一定的。
二、光强与光的偏振的关系光强是指光波的能量流密度，表示单位时间内通过单位面积的能量。
对于不同偏振状态的光，其光强可能会有所不同。
1. 无偏振光的光强：由于无偏振光的电场矢量在空间中随机分布，其振幅大小和方向都没有规律可言。
因此，无偏振光的光强是所有偏振状态中最大的，因为它包含了所有可能的振动方向。
2. 线偏振光的光强：线偏振光的电场矢量只在一条直线上振动，其振幅大小和方向是明确的。
由于线偏振光只有一个明确的振动方向，它的光强要小于无偏振光。
3. 圆偏振光的光强：圆偏振光的电场矢量在空间中以圆轨迹旋转，其振幅大小和方向会有所变化。
圆偏振光的光强介于无偏振光和线偏振光之间，取决于旋转的速度和振幅的大小。
需要注意的是，光的偏振状态不会对光的速度和波长造成影响，只会影响光的传播方向和振动方向。
光的偏振在实际生活中有着广泛的应用，例如偏光镜、液晶显示屏等。
总结起来，光的偏振和光强之间存在一定的关系。
无偏振光的光强最大，线偏振光的光强稍小，圆偏振光的光强介于两者之间。
光的偏振状态是由电场矢量的振动方向决定的，不会影响光的速度和波长。
光的偏振
偏振度 1、定义： 、定义： 若与最大和最小振幅对应的光强分别为I 若与最大和最小振幅对应的光强分别为 max和 Imin，则偏振度的定义为
I max − I min P＝ I max + I min
2、光的偏振度 、 •自然光： 自然光： Imax=Imin，P=0，偏振度最小； 自然光 ，偏振度最小； •线偏振光： 线偏振光： Imin=0，P=1，偏振度最大； 线偏振光 ， ，偏振度最大； •部分偏振光： 0<P<1。 部分偏振光： 部分偏振光 。
入
n − n ⋅ d = mλ → ∆ϕ = 2mπ
e o
Ae
这相当于无相位延迟， 这相当于无相位延迟， 即波长片不改变入射线偏 振光的状态。 振光的状态。
工程光学
AO
θ
O
(2) 二分之一波片
n −n
e
o
⋅ d = 2m + 1) （
λ
2
→ ∆ϕ = 2m + 1)π （
线偏振光入射，出射光仍为线偏振光，但是不过振动 线偏振光入射，出射光仍为线偏振光，但是不过振动 方向相对于原入射光的振动方向转了2θ 方向相对于原入射光的振动方向转了 θ。（ θ 角为入 射光的振动面与光在晶体内的主截面的夹角。 射光的振动面与光在晶体内的主截面的夹角。
3)光轴垂直入射面 光轴垂直入射面
平行光倾斜入射
平行光垂直入射
A 光轴 E O O
B E’
•
e
•
•e
光轴
出射光沿同方向传播， 出射光沿同方向传播，具有 出射两束偏振方向相互 相互垂直的偏振方向， 相互垂直的偏振方向，但传播 垂直的线偏光 速度不相同， 速度不相同，我们认为产生了 sin i no sin i ne 双折射现象。δ＝（ o-ne)d 双折射现象。 ＝（ ＝（n = = sin ro 工程光学 sin re n1 n1
光的偏振偏振光的性质与应用
光的偏振偏振光的性质与应用光的偏振和偏振光的性质与应用光是由电磁波组成的，它有一个特殊的性质叫偏振。
偏振光是指光波中的电磁场矢量沿着特定方向振荡的光，它具有许多有趣的性质和广泛的应用。
本文将探讨光的偏振和偏振光的性质以及在科学技术中的应用。
一、光的偏振光是由电磁场的振荡产生的，而电磁场的振动方向有多种可能。
当光波中的电磁场沿着一个确定的方向进行振荡时，我们称之为偏振光。
光的偏振性质可以通过偏振片来观察，偏振片是一种能够选择特定方向光进行透射的光学元件。
二、偏振光的性质1. 光的偏振方式偏振光可以分为线性偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光三种方式。
线性偏振光是指电磁场振荡方向固定不变的光，其电场矢量的振动方向可以与光传播方向垂直或平行；圆偏振光是指电磁场振荡方向在垂直于光传播方向的平面内旋转的光；椭圆偏振光是指电磁场振荡方向在垂直于光传播方向的平面内，且振动方向由一个方向逐渐变化到另一个方向的光。
2. 光的偏振特性偏振光的一个重要特性是偏振方向，即电场矢量的振动方向。
偏振片可以选择特定方向的光进行透射，而将垂直于该方向的光进行吸收。
这种特性可以应用于许多领域，如光学器件中的偏振光分析和调制。
3. 线偏振器的原理线偏振器是一种用来产生或选择特定方向线偏振光的器件。
它通常由有机薄膜或金属网格制成，其结构能够产生特定方向的透射。
通过调整线偏振器的方向和角度，可以选择性地改变透射光的偏振方向，实现光的分析、调制和控制。
三、偏振光的应用1. 光学显微镜偏振光在光学显微镜中有广泛的应用。
通过使用偏振片、偏振器和偏振滤光片，可以干扰样品中的光在显微镜中的传播和反射。
这种技术可以提供更多关于样品中微小结构和材料特性的信息，如晶体的方向和组织，纤维的方向和构造等。
2. 光通信偏振光在光通信中也发挥着重要的作用。
利用偏振调制和解调技术，可以实现高速、高容量的光信号传输。
偏振光通信系统可提供更高的信号品质和抗干扰能力，适用于各种长距离和高速数据传输的应用。
光的偏振
例4 设方解石和石英薄板的光轴平行于其表面，用 他们制成钠黄光589.3nm的四分之一玻片，薄板的 厚度分别为多少？
方 no 1.6584, ne 1.4864 石 no 1.5442, ne 1.5533
光程差
d (n0
ne )
4
19
（3246）
一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂
的夹角＝___________．(假设题中所涉及 的角均为锐角，且设 <a)．
1 2
I
0
cos2
2
22
（3811）透明介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅰ如图安排，三 个交界面相互平行．一束自然光由Ⅰ中入射．试 证明：若Ⅰ、Ⅱ交界面和Ⅲ、Ⅰ交界面上的反射 光都是线偏振光，则必有n2＝n3．
n1 sini n2 sin n3 sin n1 sini
24
（3767） 一束光强为I0的自然光垂直入射在三 个叠在一起的偏振片P1、P2、P3上，已知P1与P3 的偏振化方相互垂直．
(1) 求P2与P3的偏振化方向之间夹角为多大时， 穿过第三个偏振片的透射光强为I0 / 8；
(2) 若以入射光方向为轴转动P2，当P2转过多 大角度时，穿过第三个偏振片的透射光强由原 来的I0 / 8单调减小到I0 /16？此时P2、P1的偏振 化方向之间的夹角多大？
r
振动（线多于点）
★入射角与折射角之和等于90°：
i0
r
2
tg i0
n2 n1
n21
—布儒斯特定律
9
应用：（1）可由反射获得线偏振光（玻璃片就是起偏器） 例如激光器中的布儒斯特窗
线偏振光
S iB
（2）可测不透明媒质折射率
tgiB n
光的偏振和光谱分析
光的偏振和光谱分析光是人类生活中十分重要的一种物理现象，它不仅在我们日常生活中扮演着重要的角色，还在科学研究中具有广泛的应用。
其中，光的偏振和光谱分析是光学中的两个重要概念。
本文将对光的偏振和光谱分析进行深入探讨，并介绍它们的原理、应用以及相关技术。
一、光的偏振1. 原理与特点光的偏振是指光波在传播过程中振动方向的特性。
正常情况下，光波的振动方向在各个方向上均匀分布，称为自然光。
而偏振光是指光波的振动方向在某个特定平面内的光波，其具有振动方向集中的特点。
2. 光的偏振现象光的偏振现象存在于许多光学现象中。
例如，透过偏振片的自然光，会发生部分光线被偏振片吸收或透射的现象。
在大自然中，例如阳光经过大气层的散射，会发生偏振现象，表现为颜色的变化。
3. 应用领域光的偏振在许多实际应用中起到重要作用。
例如，在液晶显示器中，通过控制电场来改变液晶分子的取向，实现光的偏振状态的改变，从而显示不同的图像。
此外，光的偏振还广泛应用于光学传感器、激光技术、光通信等领域。
二、光谱分析1. 原理与分类光谱分析是通过分析光的频谱特征来研究物质的一种方法。
光谱分析可以分为两大类：连续谱和线谱。
连续谱是指光波在频谱上连续分布的现象，例如，太阳光就是一种连续谱。
线谱是指光波在频谱上只出现某些特定波长的现象，例如，氢原子发射光谱就是一种线谱。
2. 谱仪的原理与应用光谱分析中使用的主要设备是谱仪，它能够将复杂的光信号分解成不同波长的光谱。
常见的谱仪有分光计、光谱仪和质谱仪等。
谱仪通过将光分散成不同波长的光线，并使用探测器对各个波长的光强进行检测，从而得到光谱图像并进行分析。
3. 应用领域光谱分析在许多领域都有广泛的应用。
例如，在天文学中，通过观测宇宙中的天体光谱，可以了解宇宙的组成和演化过程。
在化学分析中，光谱分析可以用于分析物质的成分和结构。
此外，光谱分析还在医学和环境监测中具有重要作用。
结语光的偏振和光谱分析是光学领域中的两个重要概念。
《光的偏振》课件
发展新的光学理论和技术
通过对光的偏振的理论研究，可以发展新的光学理论和技术，推动光学科学的进 步。
光的偏振的未来挑战与机遇
挑战
目前对光的偏振的调控和应用还存在一定的难度，需要进一步研究和探索。同时，随着科技的发展， 对光的偏振特性的要求也越来越高，需要不断提高技术的稳定性和可靠性。
《光的偏振》ppt课件
$number {01}
目录
• 光的偏振简介 • 光的偏振的产生 • 光的偏振的应用 • 光的偏振实验 • 光的偏振的未来发展
01
光的偏振简介
光的偏振定义
光的偏振是指光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动状态。
光的偏振是光的横波性质的一种表现， 是光波矢量与传播方向垂直的现象。
详细描述
马吕斯定律实验是《光的偏振》课程中的重要实验之一，通过该实验，学生可以观察到 线偏振光通过检偏器后强度发生变化的现象，从而验证马吕斯定律。实验中，学生需要
调整检偏器的透振方向，记录不同角度下的光强数据，并分析实验结果，得出结论。
布儒斯特角实验
总结词
布儒斯特角实验可以用来测定不同介质表面的反射偏振分量和折射偏振分量。
在垂直于传播方向上，光波矢量可以分 解为两个相互垂直的分量，一个分量沿 着入射面内，称为平行偏振；另一个分 量在入射面内与传播方向垂直，称为垂
直偏振。
光的偏振现象
01
自然光通过偏振片后，只允许平行于偏振片透振方向的振动通 过，形成线偏振光。
02
线偏振光通过某些介质后，其振动方向会发生变化，偏离原来
详细描述
布儒斯特角实验是通过测量光线在不同介质表面的反射和折射角，来计算反射偏振分量和折射偏振分量的实验。 在实验中，学生需要调整入射角，观察并记录反射光和折射光的偏振状态，然后根据测量数据计算偏振分量的角 度和幅度。该实验有助于学生深入理解光的偏振状态和偏振光的传播规律。
光的偏振
晶体中：
d
Ao A sin 沿光轴方向； Ae A cos 垂直光轴方向 2 ( no ne ) d 射出晶体后： 合振动情形： 0, ,2 为线偏振光；
Ao Ae , 2 为圆偏振光； Ao Ae , 是其它角时，为椭圆偏振光。
e光
e光 上述两种棱镜得到的偏 振光质量非常好，但棱 镜本身价格很高，因而 使用较少。
e
o
o光
四、吸收法产生偏振光
二向色性
晶体对相互垂直的两个光振动分量具有选择吸收的性能 ，称为二向色性。
将二向色性的晶体涂敷于透明薄片上，就成为偏振片。 偏振片是常用的起偏器和检偏器，每个偏振片上都标有 偏振化方向。
1 I1 I 0 2
1 I 2 I 0 cos 2 60 2
I2 1 2 1 cos 60 0.125 I0 2 8
(2) 有吸收时，有
I2 1 1 2 (1 10%) 0.10 I0 8 10
五、偏振光的干涉
椭圆偏振光
起偏器 光轴
A
晶片
Ao Ae
α ，I 0 2
— 消光
例 一束自然光和线偏振光的混合光，垂直通过一偏振片。 当偏振片以光线为轴旋转一周时,发现其最大光强为最 小光强的5倍。
求 入射光中两种光线光强的比值 解 设自然光的光强为I0 ,偏振光的光强为I
1 I max I 0 I 2 1 I min I 0 2
I 2I 0
I max 5I min
I0 1 I 2
入射光中自然光与线偏振光的光强之比为1/2
例 有两个偏振片，一个用作起偏器，一个用作检偏器。当 它们的偏振化方向之间的夹角为30 o时，一束单色自然 光穿过它们，出射光强为I1 ；当它们的偏振化方向之间 的夹角为60 o时，另一束单色自然光穿过它们，出射光 强为I2 ，且 I1 = I2 。 求 两束单色自然光的强度之比。
大学物理光的偏振
（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 反射偏振光
（C）
用偏光镜消除 反射偏振光， 使玻璃门内的 人物清晰可见
例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布 儒斯特角，则在界面2的反射光为（ B ）
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
z
y x
左旋光 . 分 右旋光 .
实际为相差为 /2 两垂 直方向线偏振光的合成
部分偏振光 partial polarized light
光矢量振动方 向的角分布不均匀
部分偏振光示意图
=
+
光矢量投影
部分偏振光可视 为自然光与线偏振光 的叠加。
自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3
光的偏振
的电场光强实度质E上 称是为电光磁矢波，量电。磁波都是横波。通常把光波中
对确定的传播方向，光矢量可能 的方向并不唯一。
所谓偏振是指：光矢量总是与光
的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性
光矢量
传播方向
光矢量 振动方向
光的偏振
本章主要内容
§24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振
§24-1 光的偏振状态
偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）
非偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 完全偏振光
部分偏振光
非偏振光——自然光
光矢量角分布均匀
在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都 有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定 的相位关系。
光的偏振现象
光的偏振现象
光的偏振现象是光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象。
只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。
在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。
凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。
偏振光包括如下几种：
①线偏振光，在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。
②部分偏振光，光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。
自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。
③椭圆偏振光，在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。
迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。
椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果(见波片)。
④圆偏振光，旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。
人们利用光的偏振现象发明了立体电影，照相技术中用于消除不必要的反射光或散射光。
光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提供诸如岩矿鉴定、光测弹性及激光调制等技术手段。
光的偏振
由于这两个光矢量之间没有固定的相位差，是
非相干光，因此不能把这两个光振动再合成为一个
稳定的线偏振光。 自然光在光路图中的表示法
三、部分偏振光
自然光在传播过程中，由于外界的某种作用，
造成各个振动方向上的强度不相等，使某一方向 的振动比其他方向占优势，这种光叫部分偏振光。
S光；另一个分量的振动在入射面内，称之为P光。
对于入射自然光，两者强度相等。实验发现，
反射光中总是S光成分多于P光成分；折射光中总 是P光多于S光。
二、布儒斯特定律
实验发现：反射光的偏振化程度与入射角有关， 当入射角i等于某一特定值i0时，反射光是光振动 垂直于入射面的线偏振光（S光）。这个特定的 入射角i0叫做起偏振角或布儒斯特角。 入射
.
. . . .
起偏器
检偏器
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
起偏器
检偏器
线偏振光通过பைடு நூலகம்转的检偏器， 光强发生变化
2
M′
当 0时, 则 I I 0 , 透射光强最大
当
2
时, 则 I 0, 透射光强为零消光) (
当0
2
时, 则 0 I I 0
§12.9 反射和折射时产生的偏振 布儒斯特定律 一、反射和折射起偏
光学光的偏振与光的颜色
光学光的偏振与光的颜色光是一种电磁波，在空间传播时具有振动方向和振动平面的特性。
光的偏振是指光的振动方向相对于光传播方向的确定性。
而光的颜色是指光在人眼中产生的视觉感受，与光波的频率和波长有关。
本文将探讨光的偏振与光的颜色之间的关系。
一、光的偏振光的偏振现象最早由法国物理学家马尔斯·马尔斯尔(Malus)于19世纪初研究得出。
他发现当光通过偏振器时，光的强度会发生变化，强度最小的情况是光的振动方向与偏振器的允许方向垂直。
这表明光的偏振是指光波的振动方向被限制在某个特定的方向上。
光的偏振可以通过偏振片来实现。
偏振片由高分子化合物制成，能够选择性地吸收特定方向上的振动光，使通过的光只在一个特定的方向上振动。
它在光学仪器制造、光学通信、显微镜等领域有广泛应用。
二、光的颜色光的颜色是由其波长决定的。
根据波长的不同，可将光分为不同的颜色，即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种基本颜色。
在日常生活中，我们所见到的白光是由多种颜色的光线混合而成的。
例如，阳光经过雨滴的折射和反射，形成彩虹。
彩虹上的颜色由波长较短的紫光到波长较长的红光依次排列。
光的颜色还可以通过光的衍射和干涉来解释。
当光线通过狭缝或物体的边缘时，会产生衍射现象，其中具有一定波长范围的光会发生干涉，形成彩色的光斑。
这也是我们在观察CD、DVD等光盘时看到的彩色光线的原因。
三、偏振与颜色之间的关系光的偏振与光的颜色之间存在一定的关系。
当通过偏振片的光线是单色光时，光的颜色不会发生改变。
但当通过偏振片的光线是白光时，由于白光包含多种颜色的光线，不同波长的光在通过偏振片时会有不同的吸收和透射程度，从而导致通过偏振片后的光线颜色发生变化。
此外，光的偏振还与光的衍射和干涉现象有关。
当通过偏振片的光线发生衍射和干涉时，不同偏振方向的光线会发生相位差，使得不同颜色的光在干涉或衍射现象中呈现出不同的颜色变化。
总结：光的偏振是指光波的振动方向被限制在某个特定的方向上。
光的偏振度计算公式
光的偏振度计算公式光的偏振度是描述光的偏振特性的一个重要参数，它的计算公式在光学研究和实际应用中都有着关键的作用。
咱先来说说啥是偏振度哈。
偏振度简单来说，就是衡量光的偏振程度有多“纯”。
比如说，完全偏振光，那偏振度就是 1 ；而自然光呢，偏振度就是 0 。
偏振度的计算公式是：P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) 。
这里的Imax 是指通过检偏器后光强的最大值，Imin 则是光强的最小值。
为了让您更明白这公式咋用，我给您讲个我自己的经历。
有一次，我带着学生们去做光学实验。
实验台上摆满了各种光学仪器，分光镜、偏振片啥的。
其中一个小组在测量光的偏振度时遇到了点小麻烦，怎么都算不对。
我过去一看，原来是他们把光强的最大值和最小值搞混了。
我就给他们重新演示了一遍，拿着偏振片慢慢转动，让他们仔细观察光强的变化，找到最大值和最小值。
然后再按照公式去计算偏振度。
看着他们恍然大悟的表情，我心里可欣慰了。
在实际应用中，光的偏振度计算公式用处可大了。
比如说在通信领域，利用偏振光来传输信息，就需要准确计算偏振度，以保证信息传输的质量和效率。
还有在材料研究中，通过测量材料对偏振光的反应，计算偏振度，可以了解材料的光学特性。
再比如说，在天文观测中，星光也有偏振现象。
通过测量偏振度，天文学家可以了解恒星周围的物质分布和磁场情况。
这就好像给我们打开了一扇了解宇宙的新窗口。
回到咱们的公式，要想准确计算偏振度，首先得精确测量光强的最大值和最小值。
这就要求实验设备要精密，操作要细心。
一点点的偏差都可能导致结果的不准确。
总之，光的偏振度计算公式虽然看起来简单，但要真正理解和运用好它，还需要我们不断地学习和实践。
就像我和学生们做实验一样，只有亲手操作，才能真正掌握其中的奥秘。
希望通过我的讲解，您对光的偏振度计算公式能有更清楚的认识和理解。
光的偏振与折射
光的偏振与折射光是一种电磁波，在传播过程中具有偏振和折射的特性。
光的偏振是指光波电场矢量振动方向的特性，而折射则是光波从一种介质传播到另一种介质时的偏折现象。
本文将分析光的偏振与折射的原理和应用。
一、光的偏振光的偏振是指光波电场矢量振动方向的特性。
光的振动方向可以垂直于光传播的方向，这种光称为偏振光。
光波电场矢量的振动方向可以沿任意方向，这种光称为非偏振光或自然光。
偏振光在许多实际应用中具有重要作用，例如偏振片的应用、光通信和光显示技术等。
1. 偏振光的产生偏振光可以由自然光通过适当的光学器件产生。
其中最常见的方法是通过偏振片实现光的偏振。
偏振片的工作原理是通过对光波进行选择性吸收或反射，使光波的振动方向被限制在一个平面上。
这样，透过偏振片后就得到了偏振光。
2. 偏振的光学性质偏振光在光学传播过程中表现出一些特殊的性质。
例如，当偏振光以入射角度θ入射到介质边界上时，偏振光可以部分或完全发生反射。
反射光的偏振方向与入射光的偏振方向有关，符合反射定律。
此外，偏振光还会在介质中发生折射，折射光的偏振方向也与入射光的偏振方向有关。
二、光的折射光的折射是指光波从一种介质传播到另一种介质时的偏折现象。
折射现象可以通过折射定律来描述，即入射角度与折射角度之间的正弦值的比等于两种介质的光速比。
1. 折射定律折射定律描述了光波从一种介质传播到另一种介质时的折射行为。
根据折射定律，当光波从一种介质传播到另一种介质时，入射光线与法线所成的入射角（θ1）和折射光线与法线所成的折射角（θ2）的正弦值之比等于两种介质的光速比，即n1sinθ1 = n2sinθ2。
2. 折射率折射率是描述光波在不同介质中传播速度的相对性质，用n来表示。
折射率与材料的性质有关，不同材料的折射率也不同。
常见的折射率大于1，意味着光在介质中传播速度降低。
三、光的偏振与折射的应用光的偏振与折射在许多领域具有重要应用。
1. 光学器件光的偏振性质和折射规律在光学器件中得到广泛应用。
光的偏振
y
左旋光 分 右旋光
. .
光矢量均匀转动 （以光的频率）
实际为相位差为某个确定值的两垂直方向线偏振光的合成
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
相位差 /2 y E
0
相位差 /2 传播方向 x y x
/2
z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
3.部分偏振光
部分偏振光示意图 光矢量振动方 向的角分布不均匀
负晶体
A E 光轴 F
B E’ F’
•
O
•
e
出射两束偏振方向相互垂直的线偏光
光 轴
o, e在方向上 虽没分开，但 速度上是分开 的。
光 轴
§11-5
椭圆偏振光和圆偏振光的获得
线偏振光通过晶片，可产生椭圆偏振光 寻常光和非寻常光的振动方向 相互垂直，在入射点的初相相等。 如果出射时相位差： 2 2
二、 马吕斯定律
I0
E0 I
P E=E0cos
P
I E
2
I 0 E 02
马吕斯定律（1809）
I I 0 cos 2
若： 0，则： I max I0 I
若： ，则： 0 I 2
——消光
例1:在透振方向正交的起偏器M和检偏器N之间，插入一 片以角速度 旋转的偏振片P，入射自然光强为 I 0 ， 求:由系统出射的光强是多少？
γ
(接近线偏振光)
在以下五个图中，右边四个图表示线偏振光入射于两种 介质分界面上，最左边的一个图表示入射光是自然光。n1、 n2为两种介质的折射率，图中入射角i0＝arctg(n1/n2)，i≠i0。 试在图上画出实际存在的折射光线和反射光线，并用点或短 线把振动方向表示出来。
光学中的光的偏振与反射
光学中的光的偏振与反射光的偏振是指光在传播过程中，振动方向沿着特定方向进行的现象。
光在空间中传播时，其电场矢量在垂直于传播方向的平面内振动，这个平面称为光的假设振动方向。
而光的反射则是指光线从一种介质表面射向另一种介质时，光线改变传播方向的现象。
一、光的偏振光的偏振是指光波在空间中振动方向固定的现象。
光波的振动方向垂直于其传播方向，并且只朝一个特定方向振动，这个方向就是偏振方向。
光的偏振是在特定条件下发生的，只有光的振动方向与平面波传播方向垂直，才能实现光的偏振。
光的偏振可以通过偏振片实现。
偏振片是一种过滤特定方向光波的器件，它具有特殊的光学结构，能够仅允许一个方向的振动波通过。
例如，当偏振片的偏振方向与场强方向平行时，通过的光强最大；而当偏振方向垂直于场强方向时，通过的光强最小。
这种特性使得偏振片在光学仪器和光学测量中具有重要应用。
二、光的反射光的反射是指光线从一种介质表面射向另一种介质时，光线改变传播方向的现象。
在光的反射过程中，入射角、反射角和法线构成一个平面，这个平面即为反射平面。
根据光的反射规律，入射光线、反射光线和法线在同一平面上，且入射角等于反射角。
这被称为反射定律。
根据反射定律，当入射光线的振动方向与反射平面垂直时，反射光线也会有振动方向与反射平面垂直；反之，当入射光线的振动方向与反射平面平行时，反射光线的振动方向也与反射平面平行。
在实际应用中，光的反射有着广泛的用途。
例如，平面镜的原理就是利用光的反射将光线反射出来，使得人们可以通过镜面看到物体的图像。
反射还被用于光学测量、光学通信等方面。
总结：光的偏振与反射是光学中重要的概念。
光的偏振是指光波在传播过程中，振动方向沿着特定方向进行的现象；光的反射是指光线从一种介质表面射向另一种介质时，光线改变传播方向的现象。
了解光的偏振与反射对于深入理解光学原理以及在实际应用中的运用都具有重要意义。
以上是对光的偏振与反射的简要介绍，希望能够对您有所帮助。
光的偏振
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
26
结束 返回
几个重要实验结果： 1）两束光分别为寻常光（o 光）和非寻常光（e光） 寻常光（ordinary 遵从折射定律
自然光
n1 n2
i
re
(各向异 ro light）： 性媒质)
o光
e光
n1 sin i n2 sin ro
const .
27
非寻常光（extra-ordinary light）： (1)一般不遵从折射定律: sin i (2)一般折射线不在入射面内。
· · o光 ： · · v t · · o · · ·
光轴
e光 ：
vot
· · · · · · · · · · · · · ··
vet 光轴
e光的子波面
o光的子波面 光轴 v t 正 e 晶 v o t 体 点波源 (ve< vo)
负 晶 体 (ve> vo)
光轴
vot vet 点波源
I0
I ？
2
A0
通光方向
P
A A0 cos
I I0 cos
演示：偏振片的起偏和检偏
10
§3.光在反射折射时的偏振
---布儒斯特定律
一.现象
i
n1 n2
自然光入射在两各向同性媒质界面， 反射、折射光线的偏振状态改变。 1. 任意入射角i ：
反射、折射光均是部分偏振光。
垂直于入射面的分量多
合成 椭圆偏振光 一对同频率、方向垂直、 → → （以此两方向 相位差为π/2 为长短轴） 振幅不同的线偏振光 分解 思考：从正交分解的角度看，自然光和圆偏振 46 光；部分偏振光和椭圆偏振光有何区别？
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部分偏振光的表示法
• • • • • ••
平行板面的光振动较强
垂直板面的光振动较强
四. 偏振度
部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合, 部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,设部分偏振 光的强度为Ii ,其中自然光强度为 n ，线偏振光的强度为 p , 线偏振光的强度为I 光的强度为 其中自然光强度为I 则有
vo∆t
ve∆t
负 晶 体
vo >ve
no < ne
vo <ve
no > ne
惠更斯作图法( 二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法 ve>vo) )
1. 自然光斜入射晶体
•
•
方解石
•
光轴
•
2. 自然光垂直入射负晶体中
• • 方解石
光轴
o光 光
• • •
e光 光
3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 光轴平行晶体表面，
d
屏
2. 实验结果 从石英晶片出射的是偏振光 振动面旋转了一个角度。 • 从石英晶片出射的是偏振光，振动面旋转了一个角度。石 英晶片具有旋光性。 英晶片具有旋光性。 有两类旋光物质，即左旋光物质和右旋光物质。 • 有两类旋光物质，即左旋光物质和右旋光物质。
• •
天然旋光物质中， 天然旋光物质中，光的振动面旋转的角度 ϕ 与光经过旋 光物质的厚度 d 成正比
相干光的振幅、 二. 相干光的振幅、相位差
1. P1 ⊥ P2
• •
偏振片1 偏振片
P1
EO
Ee
P2
Ee1
屏
EO1
波片 偏振片2 偏振片
A
经波片时， 经波片时，o光和e 光传播 方向相同，但速度不同，产 方向相同，但速度不同， 生的相位差为
P 1
光轴
A = Acosθ e
P 2
A = Asinθ o
d
• • •
波晶片
λ
2 π ∆ϕ = (no − ne )d λ
波晶片分类 波晶片分类
e光
o光
(no − ne )d =λ 4
1 4 波片
(no − ne )d =λ 2
(no − ne )d =λ
半波片 全波片
§14.14 偏振光的干涉
一. 偏振光干涉实验
EO Ee EO1
偏振片1 偏振片 波片 偏振片2 偏振片
•
•
Ee1
屏
o光和e光经过偏振片2，振动方向平行，相差恒定，满足干涉条件 光和e光经过偏振片2 振动方向平行，相差恒定， 偏振片
• 波片厚度均匀 单色光入射，屏上光强均匀分布; 单色光入射，屏上光强均匀分布 白光照射时，屏上由于某种颜色干涉相消, 白光照射时，屏上由于某种颜色干涉相消, 而呈现它的互补色 色偏振。 ——(显)色偏振。 ( • 波片厚度不均匀时，出现等厚干涉条纹。 波片厚度不均匀时，出现等厚干涉条纹。 等厚干涉条纹
·
光轴
e光
(e 光振动在 光主平面内) 振动在e 光主平面内
5. O光 和 e 光的波面 光
vo∆t
光轴
• • • • • • • • • •• • • • • •
光轴 v ∆t o e 光 波面
ve∆t
o 光 波面
o 光主折射率 光轴 正 晶 体
c no = vo
e 光主折射率 ne = 光轴
c ve
ϕ = αd
对于有旋光性的溶液， 对于有旋光性的溶液， ϕ 还与溶液的浓度 c 成正比
ϕ =α c d
其中α称为旋光率，与旋光物质的性质、温度及入射光波 其中 称为旋光率，与旋光物质的性质、 称为旋光率 长有关。 长有关。
O光
e光
线偏振光
不遵从折射定律， 非常光 -- 不遵从折射定律，简称 e 光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。 当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。 光轴方向传播时不发生双折射 光轴
102 78
o o
光轴是一特殊的方向, 光轴是一特殊的方向 , 凡平行于此 方向的直线均为光轴。 方向的直线均为光轴。
P P 2 1
A
光轴
A = Acosθ e
θ
A = Asinθ o
A 1 = Asin2θ o
∆ϕc =
讨论
2π d
λ
no − ne + 0
A 1 = Acos2θ e
1. 若P1 ⊥ P2 2. 若 P1 ⁄⁄ P2
∆ϕ =
∆ϕ =
2 d π
λ
2 d π
no − ne +π
no − ne
两相干光振福相等
• •
e光
• • •
o光
o、e 光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出射后，二者产生相位差 、 传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出射后，
4. 光轴垂直晶体表面， 光轴垂直晶体表面， 自然光垂直入射
三. 晶体偏振器 1. 尼科耳棱镜
• •
no (1.658) > n(1.55) > ne (1.486) (1.55)
1 I1 = I0 2
1 I2 = I0 cos2 60 2
I2 1 2 1 = cos 60 = = 0.125 8 I0 2
(2) 有吸收时，有 有吸收时，
I2 1 1 2 = ×(1−10%) ≈ = 0.10 I0 8 10
§14.12 反射和折射产生的偏振 布儒斯特定律
一. 反射和折射产生的偏振
§14.10 线偏振光 自然光
平面偏振光) 一. 线偏振光 (平面偏振光)
面对光的传播方向观察 线偏振光的表示法
(光振动平行板面) 光振动平行板面)
•
• • • • •
(光振动垂直板面 光振动垂直板面) 光振动垂直板面
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
Ex = Ecosα
Ey
E
Ey = Esinα
α
单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体: 有两个光轴的晶体 双轴晶体: 光的传播方向与晶体光轴构成的平面) 4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
78 102
o o
光轴
· o光
(o光振动垂直o 光主平面 光振动垂直 光主平面)
一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为o 振动和e 振动相互垂直 一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为o 光振动和e 光振动相互垂直
Ex
二. 自然光
自然光可用两个相互独立、没有 自然光可用两个相互独立、 固定相位关系、 固定相位关系、等振幅且振动方 向相互垂直的线偏振光表示。 向相互垂直的线偏振光表示。 面对光的传播方向观察
Ex = Ey
I = Ix + I y
自然光的表示法
•
•
•
三. 部分偏振光
部分偏振光可用两个相互独立 、 部分偏振光 可用两个相互独立、 没 可用两个相互独立 有固定相位关系、 有固定相位关系 、 不等振幅且振动 方向相互垂直的线偏振光表示。 方向相互垂直的线偏振光表示。 部分偏振光 部分偏振光的分解
• •
玻璃片堆起偏和检偏
入射自然光 I0
•
•
•
•
ib
• • • • • • • • • • • • • • •
γ
玻璃片堆
I′ 线偏振光
§14.13 晶体的双折射现象
一. 双折射现象
1.双折射（出现两束折射光线的现象） 双折射 出现两束折射光线的现象）
方解石
R2 R 1
s
2. 寻常光和非寻常光
寻常光 -遵从折射定律， 遵从折射定律，简称 o 光
?
线偏振光 I'
二. 马吕斯定律
E' = Ecosα
E'2 I' 2 cos α = 2 ∝ E I
— 消光
若
I ' = I cos2 α π I α = 0，I ' = Imax = I ; 若 α = ， = 0 2
平行放置两偏振片， ° 夹角。 例 平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成 60° 夹角。让 自然光垂直入射后,下列两种情况下 下列两种情况下： 自然光垂直入射后 下列两种情况下： (1) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收 (2) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收 了10% 的能量 透射光的光强与入射光的光强之比是多大？ 求 透射光的光强与入射光的光强之比是多大？ 解 (1) 无吸收时，有 无吸收时，
It = In + I p I p = 2In
依题意得
1 1 In + I p = 5( In ) 2 2
Ip Ip 2 p= = = It I p + In 3
§14.11 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律
一. 起偏和检偏
起偏器 自然光I0 检偏器
1 I = I0 2
• • •
偏振化方向
E
α
E'
线偏振光 I
自然光反射和折射后产生 部分偏振光
n1
• •
i i
n2
γ•
•
二. 布儒斯特定律
ib+γ=90o 时，反射光为线偏振光 ib — 布儒斯特角或起偏角 布儒斯特角或
•
n1 sin ib = n2 sinγ = n2 cos ib
n tanib = 2 = n21 n1
n1 n2
•
•
•
ib ib
线偏振光
γ
Ii = In + I p
Ip Ip = 偏振度 p = Ii I p + In